前言

• 上一篇我們分析了alloc&init&New的實現(xiàn)，創(chuàng)建一個對象實際上返回了一個id類型的obj，今天讓我們來剖析這個obj。

目錄

目錄.png

簡介

今天我們來從以下3個問題入手來探究OC對象：

• OC對象是什么
• OC對象包含什么
• 如何計算OC對象所占內(nèi)存大小

OC對象是什么？

上一篇中我們分析alloc最終返回了一個id類型的obj。
從源碼入手分析obj，objc源碼中的object.mm

typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;

objc.h

/// Represents an instance of a class.
// objc_object 的聲明
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

objc-private.h：

// objc_object 的實現(xiàn)
struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
以下是一些函數(shù)，省略
...
}

// isa_t的定義，一個聯(lián)合體，值為cls或者bits
union isa_t {
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }

    Class cls;
    uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };
#endif
};

其中uintptr_t是一個unsigned long類型，定義如下

typedef unsigned long           uintptr_t;

objc-runtime-new.h :

struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
    以下是一些函數(shù)，省略
    ...
}

• 結(jié)合源碼我們知道，OC對象是objc_object的結(jié)構(gòu)體，包含了一個聯(lián)合體類型的成員isa，isa的值可能是cls或者bits，cls是指針類型，占8字節(jié)，bits是unsigned long類型，占8字節(jié)，由此得到isa占大小為8字節(jié)。
• 另外根據(jù)源碼，我也知道了類是一個objc_class的結(jié)構(gòu)體，objc_class繼承自objc_object，說明類也是一個對象。

OC對象包含什么

我們已經(jīng)知道了OC對象是一個objc_object類型的結(jié)構(gòu)體，里面包含一個聯(lián)合體isa，那么isa究竟是什么？

• 關(guān)于isa_t的具體分析，我在C語言位域詳解和實例分析中的isa_t位域分析里有詳細介紹，大家可以參考一下，里面對**位域 **也進行了詳細的介紹。
• 總結(jié)概述，isa_t聯(lián)合體有3個成員，3個成員cls\bit\匿名結(jié)構(gòu)體s共同占用8字節(jié)的內(nèi)存空間，8個字節(jié)空間存儲著對象、類等的一些信息,通過匿名結(jié)構(gòu)體里面的位域，可以獲取到這些信息。

對象所占的內(nèi)存空間

關(guān)于對象所占的內(nèi)存空間，嚴格上講是對象的指針所指向的結(jié)構(gòu)體所占的內(nèi)存空間。
系統(tǒng)提供了2個api獲取有關(guān)對象內(nèi)存空間的大小，我們看看如下例子：

創(chuàng)建Person繼承NSObject:
Person.h

@interface Person : NSObject

@end

Person.m

@implementation Person

@end

我們在main.m中添加

Person *person = [Person alloc];
FHLog(@"class_getInstanceSize: is %ld ",class_getInstanceSize([person class]));
FHLog(@"malloc_size:%ld ",malloc_size((__bridge const void*)person));

log打印如下：
class_getInstanceSize: is 8
malloc_size:16

class_getInstanceSize和malloc_size究竟代表什么呢？

• class_getInstanceSize輸出的是對象實例經(jīng)過內(nèi)存對齊后的占用的大小，
• malloc_size輸出的是對象實際占用內(nèi)存空間的大小，即系統(tǒng)實際分配給對象的內(nèi)存空間的大小。

class_getInstanceSize

從源碼分析，相關(guān)的源碼如下：

size_t class_getInstanceSize(Class cls)
{
    if (!cls) return 0;
    return cls->alignedInstanceSize();
}

// Class's ivar size rounded up to a pointer-size boundary.
// 類的實例對象的成員變量的大小
uint32_t alignedInstanceSize() {
    return word_align(unalignedInstanceSize());
}

// 相當于(x+7)>>3 <<3，保證>=8且按8的倍數(shù)對齊
static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
    return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}

#   define WORD_MASK 7UL

// May be unaligned depending on class's ivars.
// 根據(jù)類的實例變量可能會進行內(nèi)存對齊處理
uint32_t unalignedInstanceSize() {
    assert(isRealized());
    return data()->ro->instanceSize;
}

• 這里說明一下data()->ro->instanceSize，data()是objc_class的bits.data()，data()->ro->instanceSize的大小的在編譯的時候就已經(jīng)確定了，和類中成員變量以及對齊系數(shù)有關(guān)，默認是8的倍數(shù)，具體涉及到了內(nèi)存對齊的知識。關(guān)于內(nèi)存對齊，請看帶你深入理解iOS-內(nèi)存對齊。
• 由于unalignedInstanceSize() 可能受對齊系數(shù)的影響，得到的值可能不是8的倍數(shù)，需要word_align()保證返回的值為8的倍數(shù)。
• 我們的Person雖然沒定義成員變量，但是Person繼承自NSObject，實際上是一個objc_Objec類型的結(jié)構(gòu)體，但是里面包含一個聯(lián)合體類型的isa，isa前面我們分析，所占大小為8字節(jié)，所以輸出class_getInstanceSize: is 8。

malloc_size

• malloc_size返回的是指針所指向的內(nèi)存空間所占的大小，即系統(tǒng)實際分配的大小。
  在第一篇我們分析alloc流程時候，在_class_createInstanceFromZone里有

id
_class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone, 
                              bool cxxConstruct = true, 
                              size_t *outAllocatedSize = nil)
{
.....
    // 1.根據(jù)extraBytes計算對象的內(nèi)存空間大小
    size_t size = cls->instanceSize(extraBytes);
    ···
    // 2.根據(jù)計算的size為obj申請分配內(nèi)存
    obj = (id)calloc(1, size);
.....
}

其中cls->instanceSize實現(xiàn)如下：

size_t instanceSize(size_t extraBytes) {
    size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
    // CF requires all objects be at least 16 bytes.
    if (size < 16) size = 16;
    return size;
}

• extraBytes通常為0，cls->instanceSize返回值按8字節(jié)對齊，并且保證最小值為16，所以size最小為16。
• 調(diào)用calloc函數(shù)向系統(tǒng)申請分配內(nèi)存，calloc的對輸入的size按16字節(jié)對齊方式開辟內(nèi)存空間開辟大?。?strong>size+15>>4<<4，保證size>=16且為16的倍數(shù)（calloc的源碼實現(xiàn)在libmalloc項目里，這里暫不深入libmalloc里中calloc源碼實現(xiàn)）。
• 由于Person只包含一個聯(lián)合體isa,因此malloc_size:16。

我們?yōu)楦膭覲erson測試如下：
Person.h

@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) int height;

@end

輸出：
class_getInstanceSize: is 16
malloc_size:16

Person.h

@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) int height;
@property (nonatomic, assign) bool isHealthy;

@end

輸出：
class_getInstanceSize: is 24
malloc_size:32

與我們的分析一致。

• 總結(jié)：OC中的繼承自NSObject的對象所占內(nèi)存空間大小，首先根據(jù)成員變量和內(nèi)存對齊規(guī)則，得到實例變量所占的空間大小size，然后調(diào)用calloc輸入size，按16字節(jié)對齊最后得到實際開辟的內(nèi)存空間的大小。

總結(jié)

• OC對象是什么？
  答：OC對象是一個objc_object類型的結(jié)構(gòu)體
• OC對象包含什么？
  答：OC對象是一個objc_object類型的結(jié)構(gòu)體，包含一個聯(lián)合體類型的isa
• OC對象所占內(nèi)存大小的的計算實現(xiàn)？
  答：OC對象實際占用內(nèi)存大?。聪到y(tǒng)分配的內(nèi)存大?。?，先根據(jù)對象的成員屬性按8字節(jié)計算得到對象成員對齊大小（alignmentSize），再把alignmentSize按照16字節(jié)對齊計算得到對象分配內(nèi)存大?。╝llocSize）。

思考

• 為什么要按為對象分配內(nèi)存空間按16字節(jié)對齊？
  從提高尋址效率和內(nèi)存空間綜合考慮。